Το Chandra βρίσκει υπολείμματα μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα

Από σελίδα του Chandra, 2 Ιουνίου 2004

Συνδυασμένα στοιχεία από το παρατηρητήριο των ακτίνων-X Chandra και το τηλεσκόπιο των 200 ιντσών Palomar, αποκάλυψαν τα υπολείμματα της έκρηξης ακτίνων-γ, μία από τις ισχυρότερες γνωστές εκρήξεις στο Σύμπαν, στο Γαλαξία μας και στο νεφέλωμα W49B - που έχει σχήμα βαρελιού - 35.000 έτη φωτός από τη Γη με ισχύ όσο δέκα πεντάκις εκατομμύρια Ήλιοι.

Στα κοσμικά συντρίμμια της έκρηξης, οι αστρονόμοι έχουν βρει χημικές ουσίες που κανονικά βρίσκονται μετά από μια έκρηξη ακτίνων-γ. Σε αυτό το θεωρητικό μοντέλο σχηματίζεται ένα τεράστιο αστέρι μέσα σε ένα νέφος σκόνης και αερίου και έπειτα με κατάρρευση μετατρέπεται σε μια μαύρη τρύπα, δημιουργώντας μια ισχυρή έκρηξη ακτίνων γάμμα.

Τα νέα στοιχεία αποκαλύπτουν λαμπρά υπέρυθρα δαχτυλίδια, όπως οι στεφάνες σε ένα βαρέλι, και έντονη ακτινοβολία-Χ από τα άτομα του σιδήρου και του νικελίου κατά μήκος του άξονα αυτού του βαρελιού.

"Αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν ενδιαφέροντα στοιχεία ότι ένα εξαιρετικά τεράστιο αστέρι εξερράγη και σχηματίστηκαν δύο ισχυροί συμμετρικοί πίδακες ύλης πλούσιες σε σίδηρο και ακτινοβολίας γάμμα", λέει ο Jonathan Keohane του Εργαστηρίου Αεριο-Προώθησης της NASA, σε μια συνέντευξη τύπου στη συνεδρίαση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Ντένβερ.

"Έτσι έχουμε βάσιμες υπόνοιες ότι το νεφέλωμα W49B είναι το υπόλειμμα μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα κατά την κατάρρευση του άστρου και το σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας".

"Η κοντινότερη σε μας γνωστή έκρηξη ακτίνων-γ είναι αρκετά εκατομμύρια έτη φωτός μακριά - οι περισσότερες είναι δισεκατομμύρια έτη φωτός - έτσι η ανίχνευση του υπολείμματος μιας τέτοιας έκρηξης στο Γαλαξία μας θα ήταν μια σημαντική ανακάλυψη", αναφέρει ο William Reach, ένας από τους συνεργάτες του Keohane από το Τεχνολογικό Ίδρυμα της Καλιφόρνιας.

Σύμφωνα με την θεωρία της κατάρρευσης, οι εκρήξεις ακτίνων-γ παράγονται όταν τελειώνουν τα πυρηνικά καύσιμα από ένα τεράστιο αστέρι. Τότε ο κεντρικός πυρήνας του καταρρέει για να σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα που περιβάλλεται από έναν δίσκο εξαιρετικά καυτού και γρήγορα περιστρεφόμενου, μαγνητισμένου αερίου. Ένα μεγάλο μέρος αυτού του αερίου ωθείται προς τη μαύρη τρύπα, αλλά κάποια ποσότητα αερίου ξεφεύγει με τη μορφή δύο αντίθετων πιδάκων,  που ταξιδεύει κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

Ένας παρατηρητής που ευθυγραμμίζεται με τον ένα πίδακα θα έβλεπε μια έκρηξη ακτίνων-γ, μια εκτυφλωτική λάμψη στην οποία η συγκεντρωμένη ισχύς είναι ίση όσο δέκα πεντάκις εκατομμύρια Ήλιοι για χρονικό διάστημα περίπου ενός λεπτού. Αν γίνει παρατήρηση κατά την κάθετο διεύθυνση των πιδάκων εμφανίζεται μια θεαματική έκρηξη υπερκαινοφανούς. Για το νεφέλωμα W49B, οι πίδακες σχηματίζει 20 μοίρες με το επίπεδο του ουρανού.

Στην υπέρυθρη εικόνα μπορούν να προσδιοριστούν τέσσερις δακτύλιοι διαμέτρου, περίπου, 25 έτη φωτός. Αυτά οι δακτύλιοι, που οφείλονται στο καυτό αέριο, ξεχύθηκαν πιθανώς προς το διάστημα λόγω της γρήγορης περιστροφή του αστεριού, μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια πριν εκραγεί το αστέρι. Οι δακτύλιοι ωθήθηκαν προς τα έξω από έναν καυτό αέριο από το αστέρι μερικές χιλιάδες χρόνια προτού αυτό εκραγεί.

Τα φασματικά στοιχεία του Chandra στην εικόνα δείχνουν ότι οι πίδακες - εκατομμυρίων βαθμών Κέλβιν - είναι πλούσιοι σε ιόντα σιδήρου και νικελίου, που προέρχονται από το κέντρο του αστεριού. Χάρις στους πίδακες των ιόντων αυτών η έκρηξη διακρίνεται από την έκρηξη μιας σουπερνόβα ΙΙ, στην οποία το μεγαλύτερο μέρος του Fe και του Ni χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ενός άστρου νετρονίων, ενώ το εξωτερικό μέρος του άστρου ωθείται με μια τεράστια έκρηξη στο διάστημα.

Σε αντίθεση, στο μοντέλο της κατάρρευσης με τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα (που είδε το Chandra), ο σίδηρος και το νικέλιο από το κέντρο εκτινάσσονται κατά μήκος των πιδάκων.

Το σενάριο που προκύπτει είναι ότι ένα άστρο τεράστιας μάζας σχηματίστηκε από ένα πυκνό νέφος αερίων, έλαμψε για μερικά εκατομμύρια χρόνια, εκτοξεύοντας δακτυλίους αερίου και ωθώντας το αέριο μακριά. Έτσι σχηματίστηκε μια άδεια κοιλότητα κοντά στο άστρο, που στη συνέχεια εξερράγη σε σουπερνόβα με ταυτόχρονη έκλαμψη ακτίνων γάμμα.

Οι παρατηρήσεις του W49B μπορούν να βοηθήσουν να επιλυθεί ένα πρόβλημα που έχει το μοντέλο της κατάρρευσης για τις εκρήξεις ακτίνων-γ. Αφ' ενός, το μοντέλο είναι βασισμένο στην κατάρρευση ενός αστεριού μεγάλης μάζας, που σχηματίζεται κανονικά από ένα πυκνό νέφος. Αφ' ετέρου, οι παρατηρήσεις της ακτινοβολίας, που ακολουθούν τις εκρήξεις ακτίνων-γ, δείχνουν ότι οι εκρήξεις εμφανίζονται σε ένα αέριο χαμηλής πυκνότητας.

Με βάση τα στοιχεία του W49B, η εξήγηση που προτείνεται από τον Keohane είναι ότι το αστέρι είχε φτιάξει μια εκτενή κοιλότητα χαμηλής πυκνότητας και στην οποία εμφανίστηκε, εν συνεχεία, η έκρηξη.

"Το άστρο δείχνει να εκρήγνυται μέσα σε μια φυσαλίδα που είχε δημιουργήσει πριν", λέει ο Keohane. "Από μία άποψη, έσκαψε τον τάφο του".